高一物理人教版必修1學案第三章2-摩擦力

2．摩擦力生活中摩擦力的存在給人們帶來了不少麻煩。鞋子被磨破、自行車輪胎的花紋被磨平、機器上的許多零件由于磨損而需要經(jīng)常更換。然而我們又離不開摩擦力。沒有摩擦力，我們就不能在地上行走；沒有摩擦力，螺絲釘就不能旋緊；沒有摩擦力，釘在墻上的釘子會松開墻面脫離下來；沒有摩擦力，已經(jīng)開動的汽車無論如何也停不下來……摩擦力到底是怎樣的一種力呢？它都有哪些特點？這節(jié)課我們就來學習摩擦力。教師在講授本節(jié)內(nèi)容時，建議從以下幾個方面進行教學：1．通過生活實例和教材上的演示實驗，讓學生體會摩擦力的存在和作用效果。2．對于摩擦力的方向的教學，要強調(diào)“跟物體的相對運動方向或相對運動趨勢方向相反”?！跋鄬Α比Q于參考系的選取，這里的參考系特指與其接觸的施力物體。3．結合實例讓學生理解相對運動與運動，相對運動與相對運動趨勢的區(qū)別。4．教學中應注意靜摩擦力與滑動摩擦力的對比，尤其注意兩種摩擦力的計算方法的不同?！菊n程標準】1.認識摩擦力。2．知道滑動摩擦力和靜摩擦力。3．能用動摩擦因數(shù)計算滑動摩擦力的大小?！舅仞B(yǎng)目標】一、滑動摩擦力1．定義：兩個相互接觸的物體，當它們發(fā)生相對運動時，在接觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運動的力，這種力叫作滑動摩擦力。汽車在冰雪路面行駛時常采用防滑鏈，采用這種措施的目的是什么？提示：是為了增大滑動摩擦力。2．滑動摩擦力的方向：總是沿著接觸面，并且跟物體相對運動的方向相反。3．滑動摩擦力的大?。?1)滑動摩擦力的大小跟接觸面上壓力的大小成正比。(2)公式：Ff＝μFN。(3)動摩擦因數(shù)μ：它的值跟兩接觸面的材料和粗糙程度有關。二、靜摩擦力1．定義：相互接觸的兩個物體之間只有相對運動趨勢，而沒有相對運動時的摩擦力叫作靜摩擦力。傳送帶為什么能將糧食運送到高處？提示：糧食受到傳送帶的靜摩擦力而被送到高處。2．靜摩擦力方向：總是沿著接觸面，并且跟物體相對運動趨勢的方向相反。3．靜摩擦力大小：(1)最大靜摩擦力：靜摩擦力有一個最大值Fmax，在數(shù)值上等于物體勻速運動時的拉力。(2)物體間實際產(chǎn)生的靜摩擦力大小范圍：0<F≤Fmax。某同學學習摩擦力后，總結出以下結論：①只有靜止的物體才能受到靜摩擦力。②靜摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關。③最大靜摩擦力的大小與物體間的正壓力有關。④同一接觸面上的摩擦力總是與彈力相互垂直。以上說法正確的是③④。1.如圖所示，電影明星在沿傾斜的大樓表面下滑。思考：他所受摩擦力方向如何？如果大樓表面沿豎直方向，他還受摩擦力嗎？提示：沿大樓表面向上。不受。如果大樓表面豎直，他和大樓表面接觸但沒有擠壓，故無法產(chǎn)生滑動摩擦力。2．如圖所示，手握住瓶子處于靜止狀態(tài)。思考：瓶子所受的摩擦力的方向怎樣？如果手的握力增大，瓶子所受摩擦力會不會增大？為什么？提示：豎直向上。不會。靜摩擦力與壓力無關。一、滑動摩擦力滑動摩擦力的產(chǎn)生和方向(物理觀念——相互作用觀念)牙刷、毛刷、黑板擦等都是利用摩擦力進行清潔的例子。用力將牙刷按到一個平面上快速滑動，觀察到牙刷的刷毛向哪個方向彎曲？該實驗說明摩擦力的方向有什么特點？提示：刷毛向相對運動的反方向彎曲。摩擦力與相對運動方向相反。1.滑動摩擦力產(chǎn)生的條件:(1)兩物體接觸且接觸面粗糙(2)物體間有彈力(3)兩物體發(fā)生相對運動三個條件必須同時具備，兩物體間才能產(chǎn)生滑動摩擦力。2．運動方向和相對運動方向：運動情景運動與相對運動方向(1)當v1=v2時,都向右運動,但相對靜止(2)當v1>v2時,都向右運動;A相對B向右運動(3)當v1<v2時,都向右運動;A相對B向左運動總結：(1)運動方向一般是指物體相對地面的運動方向。(2)兩物體間的相對運動方向總是相反或相對靜止。(3)相對運動方向指以接觸物體為參照物的運動方向。3．滑動摩擦力的方向：(1)滑動摩擦力的方向：沿接觸面，并與物體相對運動的方向相反。(2)滑動摩擦力的作用效果：阻礙物體間的相對運動。注意是相對運動，而不是阻礙物體的運動，所以滑動摩擦力的方向可能與物體運動方向相同，也可能相反?！镜淅?】如圖所示，汽車B在水平路面上以相對于地面的速度v1向右運動，車上的貨物A以相對于地面的速度v2向右運動。下列判斷正確的是()A．若v1<v2，貨物A受到了汽車B所施加的向右的滑動摩擦力B．若v1<v2，汽車B受到了貨物A所施加的向右的滑動摩擦力C．若v1>v2，貨物A受到了汽車B所施加的向左的滑動摩擦力D．若v1>v2，汽車B受到了貨物A所施加的向右的滑動摩擦力【解題探究】(1)判斷貨物A相對汽車B的運動方向時，應該把哪個物體看成靜止的？提示：相對哪個物體的運動，將哪個物體看成靜止的，所以將汽車B看成靜止的。(2)若v1>v2，貨物A相對汽車B的運動方向如何？若v1<v2，汽車B相對貨物A的運動方向又如何？提示：若v1>v2，貨物A相對汽車B向左運動；若v1<v2，貨物A相對汽車B向右運動?！窘馕觥窟xB。若v1＜v2，則A相對B向右運動，故B對A施加向左的滑動摩擦力，汽車B受到了貨物A所施加的向右的滑動摩擦力，故A錯誤、B正確；若v1＞v2，則A相對B向左運動，故B對A施加向右的滑動摩擦力，汽車B受到了貨物A所施加的向左的滑動摩擦力，故C、D錯誤。判斷滑動摩擦力方向的步驟(1)確定發(fā)生相對運動的兩個物體；(2)將一個物體選作參考系(視作靜止)；(3)判斷另一個物體的運動方向；(4)根據(jù)滑動摩擦力的方向總是跟物體相對運動方向相反，判斷滑動摩擦力的方向?；瑒幽Σ亮Φ拇笮〉挠嬎?科學思維——科學推理)(1)公式法：由Ff＝μFN計算。(2)二力平衡法：物體勻速直線運動或靜止時(有相對運動)，根據(jù)二力平衡求解。情景分析結論物體在水平推力下勻速向前運動摩擦力等于推力物體沿著墻面勻速下滑摩擦力等于重力【典例2】(多選)在水平力F作用下，重為G的物體勻速沿墻壁下滑，如圖所示，若物體與墻之間的動摩擦因數(shù)為μ，則物體所受的摩擦力的大小為()A．μFB．μGC．GD．eq\r(F2＋G2)【解析】選A、C。對物體受力分析可知，物體對墻壁的壓力大小FN＝F，則物體所受摩擦力的大小Ff＝μFN＝μF，故A項正確；物體沿墻壁勻速下滑，豎直方向受到重力和向上的滑動摩擦力，由平衡條件得知，滑動摩擦力大小Ff＝G，故C項正確。1．一物體置于粗糙水平地面上，按如圖所示不同的放法，在水平力F的作用下運動，設地面與物體各接觸面間的動摩擦因數(shù)相等，則木塊受到的摩擦力的大小關系是()A.Ff甲＞Ff乙＞Ff丙 B．Ff乙＞Ff甲＞Ff丙C．Ff丙＞Ff乙＞Ff甲 D．Ff甲＝Ff乙＝Ff丙【解析】選D。物體在三種情況下所受摩擦力均為滑動摩擦力，物體的動摩擦因數(shù)與接觸面積無關，由F＝μFN＝μmg知，物體在三種情況下所受摩擦力大小相等，故D項正確。2．質量為3kg的木塊放在水平地板上，用F＝6N的水平拉力拉該木塊時，木塊恰能做勻速直線運動。求(g取10N/kg)(1)木塊與地板間的動摩擦因數(shù)；(2)若F的大小不變而將方向改為豎直向上作用于該木塊上，則此時應加一個多大的水平拉力，才能使該木塊保持勻速直線運動狀態(tài)？【解析】(1)木塊勻速運動，則Ff1＝F＝6N，而Ff1＝μFN1＝μmg，故μ＝0.2。(2)將F方向改為豎直向上后，木塊對水平地板的壓力FN2＝mg－F＝24N，保持木塊勻速運動的拉力：F′＝Ff2＝μFN2＝0.2×24N＝4.8N。答案：(1)0.2(2)4.8N【拔高題組】1．(多選)下列關于摩擦力的說法正確的是()A．兩物體間有摩擦力，一定有彈力，且摩擦力的方向與它們間的彈力方向垂直B．兩物體間的摩擦力大小與它們間的壓力一定成正比ＫC．在兩個運動的物體之間可以存在靜摩擦力，且靜摩擦力的方向可以與運動方向成任意角度D．滑動摩擦力的方向可以與物體的運動方向相同，也可以相反【解析】選A、C、D。彈力是形成摩擦力的必要條件，且彈力與摩擦力的方向垂直，故A項正確；靜摩擦力的大小與壓力的大小無必然聯(lián)系，故B項錯誤；受靜摩擦力作用的物體可以是靜止的，也可以是運動的，靜摩擦力的方向與物體相對運動趨勢的方向相反，但與運動方向無關，可以與運動方向成任意夾角，故C項正確；滑動摩擦力的方向與物體的相對運動方向相反，與物體的運動方向可以相同，也可以相反，故D項正確。2．一個重G1＝400N的小孩，坐在一塊重G2＝100N的木塊上，用一根繞過光滑定滑輪的輕繩拉住木塊，使人和木塊處于相對靜止一起勻速前進(如圖所示)。已知人的拉力F＝70N，則木塊與地面間的動摩擦因數(shù)為()A.0.14 BC．0.70 D．0.35【解析】選B。由于小孩與木塊保持相對靜止，可以作為一個整體。這個整體的受力情況如圖所示：由平衡條件得整體所受的摩擦力和跟地面間的壓力分別為Ff＝2F＝140N，F(xiàn)N＝G1＋G2＝500N,所以μ＝eq\f(Ff,FN)＝0.28，故B項正確。二、靜摩擦力靜摩擦力的產(chǎn)生和方向(物理觀念——相互作用觀念)下面兩幅圖片中，足球和卡車都保持靜止，那么它們與地面是否有相對運動趨勢呢？是否都受摩擦力？提示：足球與地面沒有相對運動趨勢，不受到地面的摩擦力；卡車與地面有相對運動趨勢，受到地面的摩擦力。1．靜摩擦力產(chǎn)生的條件：用筷子把壓實的米和杯子慢慢提起(1)兩物體接觸且接觸面粗糙(2)兩物體間有彈力(3)兩物體間有相對運動趨勢三個條件必須同時具備，兩物體間才能產(chǎn)生靜摩擦力。2．靜摩擦力的方向判定的兩種方法：(1)假設法：假設接觸面是光滑的，判斷物體將向哪個方向滑動，從而確定相對運動趨勢的方向，進而判斷出靜摩擦力的方向。(2)狀態(tài)法：當物體受力處于平衡狀態(tài)時，根據(jù)力的平衡，判斷出靜摩擦力的方向。3．靜摩擦力方向與運動方向的關系：不同情況情境示例兩者方向相同傳送帶靠靜摩擦力把貨物送到高處兩者方向相反汽車剎車,油桶和汽車之間的靜摩擦力方向不共線手握著物體,摩擦力向上,可以朝任意方向運動總結：靜摩擦力既可以充當動力也可以充當阻力，靜摩擦力方向與物體運動方向沒有必然聯(lián)系?！镜淅?】(多選)如圖所示為皮帶運輸機的示意圖，A為傳送帶上的貨物，則()A．如果貨物A隨傳送帶一起向上勻速運動，A受到沿斜面向上的摩擦力B．如果貨物A隨傳送帶一起向下勻速運動，A受到沿斜面向下的摩擦力C．如果貨物A和傳送帶都靜止，A不受摩擦力D．如果貨物A和傳送帶都靜止，A對傳送帶有沿斜面向下的摩擦力【解題探究】(1)當貨物A隨傳送帶一起向上勻速運動時，物體所受的是哪種摩擦力？提示：貨物與傳送帶相對靜止，受靜摩擦力。(2)假設貨物與傳送帶間沒有摩擦力，貨物將如何運動？提示：貨物將沿著傳送帶向下滑動?！窘馕觥窟xA、D。貨物與傳送帶保持相對靜止，所以受靜摩擦力，靜摩擦力的方向與相對運動趨勢方向相反。如果貨物A隨傳送帶一起向上勻速運動，對A來說，有相對于傳送帶向下滑動的趨勢，則摩擦力與相對運動趨勢方向相反，即沿斜面向上，故A項正確，B項錯誤；如果貨物A和傳送帶都靜止，A相對于傳送帶有向下的運動趨勢，傳送帶相對于A有向上的運動趨勢，則A給傳送帶的摩擦力方向向下，故C項錯誤，D項正確。靜摩擦力的大小(科學思維——科學推理)用手握住一個水杯，逐漸向水杯內(nèi)注水。只要水杯沒有滑動，隨著杯中水的重量增加，感受摩擦力的大小如何變化？提示：隨著水的重力的增大而逐漸增大。1．靜摩擦力的大?。?1)大小的范圍：0＜F≤Fmax。(2)計算：物體處于平衡狀態(tài)(勻速運動或靜止)時，根據(jù)二力平衡條件求解。(3)最大靜摩擦力：最大靜摩擦力Fmax略大于滑動摩擦力。一般情況下，為分析問題方便，可認為二者相等。2．摩擦力的大小隨拉力的變化：將一物塊放置于水平桌面上，受水平拉力的作用。逐漸增大拉力的過程中，摩擦力的大小隨拉力的變化圖像為：【典例2】水平桌面上有一個重200N的物體，與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.2，當依次用15N、30N、80N的水平拉力拉此物體時，物體受到的摩擦力依次為(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)()A．15N、30N、40N B．15N、30N、80NC．0、0、40N D．15N、40N、40N【解析】選A。物體與桌面間的最大靜摩擦力Ffmax＝μFN＝0.2×200N＝40N。拉力為15N、30N時，物體靜止，根據(jù)二力平衡知，靜摩擦力大小分別為15N、30N；當拉力為80N時，物體滑動，為滑動摩擦力，大小為Ff＝μFN＝0.2×200N＝40N，選項A正確。計算摩擦力大小的一般步驟【典例加練】如圖甲所示，一與電腦連接的拉力傳感器固定在豎直墻壁上，通過細繩拉住一放在長木板上的小鐵塊，細繩水平伸直，初始時拉力傳感器示數(shù)為零?，F(xiàn)要測量小鐵塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，用一較大的水平拉力拉住長木板右端的掛鉤，把長木板從小鐵塊下面拉出，在電腦上得到如圖乙所示的數(shù)據(jù)圖像，已知當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2(1)測得小鐵塊的質量m＝0.50kg，則小鐵塊與長木板間的動摩擦因數(shù)__________。(結果保留三位有效數(shù)字)(2)以不同的速度把長木板拉出，隨著速度的增加，小鐵塊受到的摩擦力__________。(選填“越來越大”“越來越小”或“不變”)(3)若固定長木板，去掉小鐵塊上的細繩，用一水平推力推小鐵塊，則至少需要__________N的推力才能推動小鐵塊?！窘馕觥?1)由題圖乙可知，小鐵塊所受滑動摩擦力Ff＝1.0N，由Ff＝μmg解得小鐵塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.204。(2)由于摩擦力與小鐵塊運動的速度無關，所以隨著速度的增加，小鐵塊受到的摩擦力不變。(3)由題圖乙可知，小鐵塊所受的最大靜摩擦力Fmax＝1.20N，所以至少需要1.20N的推力才能推動小鐵塊。答案：(1)0.204(2)不變(3)1.201．下列情景中，物體M所受摩擦力f的示意圖正確的是()【解析】選B。物體靜止在水平面上時，不受摩擦力，故A項錯誤；汽車停在斜坡上時，有沿斜坡向下滑動的趨勢，則摩擦力方向沿斜坡向上，故B項正確；物體貼著豎直墻壁自由下落時，物體與墻壁間沒有壓力，則沒有摩擦力，故C項錯誤；瓶子被握在手中時，有下滑的趨勢，則摩擦力方向向上，故D項錯誤。2.(2021·杭州高一檢測)木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.2，夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動?，F(xiàn)用F＝10N的水平力推木塊B，如圖所示，假設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，力F作用后(A．木塊A所受靜摩擦力大小為10NB．木塊B所受靜摩擦力為8NC．彈簧的壓縮量變?yōu)?.5D．若F變?yōu)?0N，B開始向左運動【解析】選D。最大靜摩擦力可以近似的認為和木塊受到的滑動摩擦力的大小相等，所以木塊A受到的最大靜摩擦力為：f＝μFN＝0.2×50N＝10N，木塊B受到的最大靜摩擦力為：f′＝μF′N＝0.2×60N＝12N，此時彈簧的彈力的大小為：FT＝kx＝400×0.02N＝8N，彈簧的彈力的大小均小于木塊受到的最大靜摩擦力的大小，開始木塊處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件：A受到的靜摩擦力大小是8N，方向向右，B受到的靜摩擦力大小也是8N，方向向左；當在B上施加向右的推力F＝10N后，對B受力分析：推力F和彈簧彈力的合力等于2N，B繼續(xù)靜止不動，故B受到的靜摩擦力的大小為f1＝F－FT＝10N－8N＝2N，方向向右；施加F后彈簧的形變量未改變則A受力情況不變，A受到的靜摩擦力大小仍為8N，方向向右，彈簧壓縮量仍為2cm，故A、B、C錯誤；在B上施加向右的推力F′＝20N后，對B受力分析：F′＝f′＋FT，即B恰好受力平衡，受到的摩擦力為最大靜摩擦力也就是滑動摩擦力，此時B剛好向左滑動，故D【拔高題組】1．如圖所示，在兩塊相同的豎直木板A、B間有質量為m的4塊相同的磚。用兩個大小均為F的力水平壓木塊，使磚靜止不動，則第2塊磚對第3塊磚的摩擦力大小為()A．0 B．eq\f(mg,2)C．mg D．2mg【解析】選A。以四塊磚整體為研究對象，受力分析如圖所示，則2Ff＝4mg，F(xiàn)f＝2mg；再以1、2兩塊磚一塊分析有，F(xiàn)f＋F2、3＝2mg，故F2、3＝0，即2、3間摩擦力為零，故A項正確。2.把一個重為G的物體，用一個水平力F＝kt(k為恒量，t為時間)壓在豎直的足夠高的平面墻體上，如圖甲所示，則從t＝0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關系是圖乙中的()【解析】選B。由于物體受到的水平推力為F＝kt，由二力平衡得，墻與物體間的壓力FN＝kt。當F比較小時，物體受到的摩擦力Ff小于物體的重力G，物體將沿墻壁下滑，此時物體間的摩擦力為滑動摩擦力。由Ff＝μFN得，滑動摩擦力Ff＝μkt，當摩擦力Ff大小等于重力G時，由于慣性作用，物體不能立即停止運動，物體受到的摩擦力仍然是滑動摩擦力。隨著摩擦力的增大，摩擦力將大于重力，物體做減速運動直至靜止，摩擦力將變?yōu)殪o摩擦力，靜摩擦力與正壓力無關，跟重力始終平衡，故B項正確?！就卣估}】考查內(nèi)容：摩擦力與圖像的結合【典例】如圖甲所示，某同學用水平繩拉放在平臺上的行李包，一直沒有拉動，通過手上的彈簧測力計測出拉力F與時間t的關系如圖乙所示，則行李包與地面的摩擦力的大小對應的關系圖是()【解析】選A。該同學沒有拉動行李包，說明行李包與平臺間的摩擦力是靜摩擦力，此時靜摩擦力等于拉力。“遲鈍”的沙漏加工一支直徑約5cm、長約40cm的玻璃管，一端封閉，一端開口。另加工一只沙漏，它是一個形狀像“8”字的密閉容器，其內(nèi)裝有適量的細沙，使沙漏的平均密度略小于水。將玻璃管裝滿水，把沙漏放入管內(nèi)，沙漏將在管內(nèi)懸浮?，F(xiàn)在用手蓋住玻璃管口，不讓水流出，將管子倒轉過來，此時沙漏也被倒轉過來并處在玻璃管的下端。奇妙的是沙漏并沒有立即上浮，而是停在水底約一分鐘的時間才上升。為什么沙漏的上浮會出現(xiàn)“遲鈍提示：其實是摩擦力從中作梗，當沙漏倒轉過來時，其內(nèi)的沙子不是處在最低處，使沙漏“頭重腳輕”，故身子發(fā)生傾斜，對玻璃管壁產(chǎn)生壓力。沙漏要上浮，管壁會對沙漏產(chǎn)生靜摩擦力阻礙沙漏的上浮。由于沙漏的中部比較細，沙子流到下部需要一定的時間。當沙子的大部分流到沙漏的下部時，沙漏又處于豎直狀態(tài)，此時管壁與沙漏之間沒有壓力，故摩擦力也隨之消失，沙漏受到的浮力大于沙漏的重力，因此又上浮到玻璃管的上方。1．(水平1)關于滑動摩擦力，下列說法正確的是()A．滑動摩擦力與物體的重力成正比B．受滑動摩擦力作用的物體一定是運動的C．滑動摩擦力的方向總是與物體運動方向相反D．滑動摩擦力總是阻礙物體間的相對運動【解析】選D?；瑒幽Σ亮εc物體間的正壓力成正比，故A項錯誤；受滑動摩擦力作用的物體可能是靜止的，如木塊在桌面上滑動，靜止的桌面也受到滑動摩擦力，故B項錯誤；滑動摩擦力的方向總是與物體相對運動的方向相反，阻礙物體間的相對運動，但是與物體運動的方向可能相同，故C項錯誤，D項正確。2．(水平2)如圖所示，一木板B放在水平地面上，木塊A放在木板B的上面，木塊A的右端通過彈簧測力計固定在豎直墻壁上，用力2F向左拉木板B，使它以速度v勻速運動。假設拉動B的過程中，木塊始終保持靜止，彈簧測力計的示數(shù)為F，下列說法中正確的是()A.此時木塊A與木板B之間的摩擦力是靜摩擦力B．此時地面受到向右的滑動摩擦力，大小等于FC．若木板B被加速向左拉出，木塊A受到的滑動摩擦力仍等于FD．若木板B被減速向左拉出，木塊A受到的滑動摩擦力可能小于F【解析】選C。木塊A與木板B之間是相對滑動的，所以是滑動摩擦力，A錯誤；對A、B受力分析如圖所示，A受水平向右的彈力和水平向左的摩擦力，二力平衡，B對A的摩擦力等于F，又因為物體間力的作用是相互的，則木板B受到A對它水平向右的摩擦力F；由于B做勻速直線運動，則B受到水平向左的拉力和水平